一种高性能斥液防污涂料和涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种高性能斥液防污涂料和涂层及其制备方法。

背景技术

生产生活中经常会遇到物体表面污染的问题，例如：光伏封装玻璃长期暴露在风沙环境中，导致玻璃透光率下降，影响光伏发电效率；高层建筑玻璃幕墙的外表面容易附着灰尘，影响美观且不易清洁；触摸式电子设备的屏幕容易黏附指纹等。目前多采用防污涂层表面处理来解决此类问题。但是，常见涂覆于光伏封装玻璃和玻璃幕墙表面的防污涂层很容易被雨水冲刷掉，涂覆于电子设备屏幕的防污涂层会明显减少指纹残留，影响电子设备的触摸性能等。由此，需要具有自清洁性能的防污涂层，通过自清洁方式，节约清洁成本，提高防污效率。

近年来，针对此类涂层材料的研究日趋成熟。目前，此类材料大致分为三种类型：第一种是超疏表面材料，如专利CN108504284B、CN113444430B、CN103288364B等，此类材料基于微纳米结构，其表面很容易被破坏，而且超疏性与高透明性相互制约，导致透光率低；第二种是油浸渍表面材料，例如专利CN105408031B等，此类材料基于润滑油成分，而润滑油会造成环境污染且容易流失。因此，在实际生产生活中，以上两种表面材料的应用均受到很大局限。

第三种是超光滑表面材料，例如专利CN113444430B、CN102286244B、CN105400405B等，与前两种表面材料相比较，第三种表面材料具有更高的使用价值。然而，现有的超光滑表面材料不能同时满足滑动性、硬度、透光度、柔韧性、耐磨性、耐高温等性能的要求。因此，研究一种高性能的斥液防污涂料具有很大的研究价值和商业价值。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高性能的斥液防污涂料、斥液防污涂层及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高性能的斥液防污涂料，按重量比计，涂料的原料包括组分A 50％和组分B 50％，其中，

所述组分A的原料，按重量份数计，包括：

聚二甲基硅氧烷50-200份，

异氰酸酯300-400份，

甲苯500-700份；

所述组分B的原料，按重量份数计，包括：

倍半硅氧烷350-550份，

固化剂10-20份，

乙醇500-700份。

优选的，按重量比计，涂料的原料包括组分A 50％和组分B 50％，其中，

所述组分A的原料，按重量份数计，包括：

单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷25-150份，

环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷25-50份，

2，6-甲苯二异氰酸酯50-100份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体250-300份，

甲苯520-600份；

所述组分B的原料，按重量份数计，包括：

氨丙基倍半硅氧烷水溶液350-450份

乙烯基倍半硅氧烷10-100份，

三乙醇胺10-20份，

乙醇600-680份。

更优选的，按重量比计，涂料的原料包括组分A 50％和组分B 50％，其中，

所述组分A的原料，按重量份数计，包括：

单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷100份，

环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷50份，

2，6-甲苯二异氰酸酯50份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体300份，

甲苯550份；

所述组分B的原料，按重量份数计，包括：

氨丙基倍半硅氧烷水溶液350-450份

乙烯基倍半硅氧烷10-100份，

三乙醇胺15份，

乙醇650份

进一步地，所述异氰酸酯选自2，6-甲苯二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体或其组合。

优选的，所述异氰酸酯为2，6-甲苯二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯三聚体的组合。

进一步地，所述聚二甲基硅氧烷选自环氧丙氧基丙基封端的聚二甲基硅氧烷、5％-7％(环氧丙氧基丙基)甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物、环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷、三(环氧丙氧丙基二甲基硅氧基)苯基硅烷、单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷、[8％-10％(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷]-二甲基硅氧烷共聚物或其组合。

优选的，所述聚二甲基硅氧烷优选的为单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷和环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷的组合。

进一步地，所述聚二甲基硅氧烷的摩尔质量为1000-5000g/mol。

进一步地，所述倍半硅氧烷选自倍半硅氧烷材料中的一种或其组合。

优选的，所述倍半硅氧烷为氨丙基倍半硅氧烷水溶液和乙烯基倍半硅氧烷的组合。

进一步地，所述固化剂选自三乙醇胺、三乙烯四胺，二乙烯三胺、氨水(PH＝9)或其组合。

优选的，所述固化剂为三乙醇胺。

第二方面，本发明提供一种高性能斥液防污涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，常温常压下，将异氰酸酯加入甲苯中，搅拌20～40min后，加入聚二甲基硅氧烷，均匀分散得到组分A；

步骤2，常温常压下，将倍半硅氧烷和固化剂加入乙醇中，搅拌20～40min，均匀分散得到组分B；

步骤3，将所述组分A与组分B按重量比1：1均匀混合，使其发生共价反应，过滤出料得到所述高性能斥液防污涂料。

第三方面，本发明提供一种高性能斥液防污涂层，由所述高性能斥液防污涂料形成。

第四方面，本发明提供一种高性能斥液防污涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤10，常温常压下，将异氰酸酯加入甲苯中，搅拌20～40min后，加入聚二甲基硅氧烷，均匀分散得到组分A；

步骤20，常温常压下，将倍半硅氧烷和固化剂加入乙醇中，搅拌20～40min，均匀分散得到组分B；

步骤30，将所述组分A与组分B按重量比1∶1均匀混合，使其发生共价反应，过滤出料，通过喷涂法、刷涂法或浸渍提拉等方法、均匀涂覆在基材表面，固化得到所述高性能斥液防污涂层。

优选的，所述基材为玻璃、陶瓷、塑料、木材或者金属。

优选的，固化温度100℃-150℃，固化时间1.5-2h。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明通过氨丙基封端倍半硅氧烷中的氨基官能团与环氧环己基乙基封端聚二甲基硅氧烷中的环氧官能团反应，将低表面能的柔性分子链聚二甲基硅氧烷共价接枝在氨丙基倍半硅氧烷长链上，再通过将六亚甲基二异氰酸酯三聚体共价接枝在氨丙基倍半硅氧烷中，从而实现兼具硬度和柔韧性的高透明、高硬度、超光滑的斥液防污涂层。

2、本发明的斥液防污涂料及其涂层具有优异的斥液效果和自清洁功能。涂层对10微升水滴的滑动角小于20°，对10微升十二烷的滑动角小于10°，涂层表面的灰尘很容易被水和大多数液滴冲洗清洁，并且涂层不会被其破坏，具有长久的稳定性。

3、本发明的涂料及其涂层具有超高硬度和透光率，其铅笔硬度超过10H，在400-760nm可见光范围内的透光度超过99％，涂层还具有良好的抗腐蚀性、耐磨性以及良好的环境耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的高性能斥液防污涂料的数码照片。

图2是本发明实施例提供的高性能斥液防污涂料涂敷于玻璃上的自清洁及高透明效果图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用原料或仪器，均为可以通过市购获得的常规产品，包括但不限于本申请实施例中采用的原料或仪器。

下面将结合附图1和附图2，对本发明实施例提供的一种紫外增反玻璃型二次表面镜及其制备方法进行详细介绍。

实施例1

本实施例提供了一种高性能斥液防污涂料及其涂层。

所述高性能斥液防污涂料，按重量比计，其原料包括组分A 50％和组分B 50％，其中，

所述组分A的原料，按重量份数计，包括：

单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷100份，

环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷50份，

2，6-甲苯二异氰酸酯50份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体300份，

甲苯550份；

所述组分B的原料，按重量份数计，包括：

氨丙基倍半硅氧烷水溶液400份

乙烯基倍半硅氧烷50份，

三乙醇胺15份，

乙醇650份。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂料的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)，常温常压下，将六亚甲基二异氰酸酯三聚体和2，6-甲苯二异氰酸酯加入甲苯中，以600rmp转速充分搅拌20min后，加入单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷和环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷，均匀分散得到组分A；

步骤(2)，常温常压下，将氨丙基倍半硅氧烷水溶液、乙烯基倍半硅氧和三乙醇胺加入乙醇中，以600rmp转速充分搅拌20min使其充分溶解，得到组分B；

步骤(3)，将所述组分A与组分B按重量比1∶1均匀混合，使其发生共价反应，过滤出料得到所述高性能斥液防污涂料。

所述高性能斥液防污涂层是由所述高性能斥液防污涂料形成。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂层的制备方法包括将所述高性能斥液防污涂料通过喷涂、刷涂、浸渍提拉等方法涂敷于玻璃基材表面，在150℃下固化2h。

实施例2

本实施例提供了一种高性能斥液防污涂料及其涂层。

所述高性能斥液防污涂料，按重量比计，其原料包括组分A 50％和组分B 50％，其中，

所述组分A的原料，按重量份数计，包括：

单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷100份，

环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷50份，

2，6-甲苯二异氰酸酯50份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体300份，

甲苯500份；

所述组分B的原料，按重量份数计，包括：

氨丙基倍半硅氧烷水溶液400份

三乙醇胺10份，

乙醇500份。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂料的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)，常温常压下，将六亚甲基二异氰酸酯三聚体加入甲苯中，以600rmp转速充分搅拌20min后，加入单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷和环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷，均匀分散得到组分A；

步骤(2)，常温常压下，将氨丙基倍半硅氧烷水溶液和三乙醇胺加入乙醇中，以600rmp转速充分搅拌20min，使其充分溶解得到组分B；

步骤(3)，将所述组分A与组分B按重量比1∶1均匀混合，使其发生共价反应，过滤出料得到所述高性能斥液防污涂料。

所述高性能斥液防污涂层是由所述高性能斥液防污涂料形成。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂层的制备方法可参照实施例1，不同之处在于，在140℃下固化1.5h。

实施例3

本实施例提供了一种高性能斥液防污涂料及其涂层。

所述高性能斥液防污涂料，按重量比计，其原料包括组分A 50％和组分B 50％，其中，

所述组分A的原料，按重量份数计，包括：

单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷100份，

环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷50份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体400份，

甲苯500份；

所述组分B的原料，按重量份数计，包括：

氨丙基倍半硅氧烷水溶液350份

乙烯基倍半硅氧烷100份，

三乙醇胺20份，

乙醇500份。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂料的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)，常温常压下，将六亚甲基二异氰酸酯三聚体加入甲苯中，以600rmp转速充分搅拌20min后，加入单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷和环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷，均匀分散得到组分A；

步骤(2)，常温常压下，将氨丙基倍半硅氧烷水溶液、乙烯基倍半硅氧烷和三乙醇胺加入乙醇中，以600rmp转速充分搅拌20min，使其充分溶解得到组分B；

步骤(3)，将所述组分A与组分B按重量比1∶1均匀混合，使其发生共价反应，过滤出料得到所述高性能斥液防污涂料。

所述高性能斥液防污涂层是由所述高性能斥液防污涂料形成。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂层的制备方法可参照实施例1，不同之处在于，在130℃下固化2h。

实施例4

本实施例提供了一种高性能斥液防污涂料及其涂层。

所述高性能斥液防污涂料，按重量比计，其原料包括组分A 50％和组分B 50％，其中，

所述组分A的原料，按重量份数计，包括：

单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷100份，

环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷50份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体320份，

2，6-甲苯二异氰酸酯20份，

甲苯500份；

所述组分B的原料，按重量份数计，包括：

氨丙基倍半硅氧烷水溶液550份

三乙醇胺10份，

乙醇500份。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂料的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)，常温常压下，将六亚甲基二异氰酸酯三聚体和2，6-甲苯二异氰酸酯加入甲苯中，以600rmp转速充分搅拌20min后，加入单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷和环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷，均匀分散得到组分A；

步骤(2)，常温常压下，将氨丙基倍半硅氧烷水溶液和三乙醇胺加入乙醇中，以600rmp转速充分搅拌20min，使其充分溶解得到组分B；

步骤(3)，将所述组分A与组分B按重量比1∶1均匀混合，使其发生共价反应，过滤出料得到所述高性能斥液防污涂料。

所述高性能斥液防污涂层是由所述高性能斥液防污涂料形成。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂层的制备方法可参照实施例1，不同之处在于，在120℃下固化2h。

实施例5

本实施例提供了一种高性能斥液防污涂料及其涂层。

所述高性能斥液防污涂料，按重量比计，其原料包括组分A 50％和组分B 50％，其中，

所述组分A的原料，按重量份数计，包括：

单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷100份，

环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷50份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体280份，

2，6-甲苯二异氰酸酯20份，

甲苯500份；

所述组分B的原料，按重量份数计，包括：

氨丙基倍半硅氧烷水溶液300份

乙烯基倍半硅氧烷50份，

三乙醇胺10份，

乙醇500份。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂料的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)，常温常压下，将六亚甲基二异氰酸酯三聚体和2，6-甲苯二异氰酸酯加入甲苯中，以600rmp转速充分搅拌20min后，加入单(2，3-环氧)丙醚封端的聚二甲基硅氧烷和环氧环己基乙基封端的聚二甲基硅氧烷，均匀分散得到组分A；

步骤(2)，常温常压下，将氨丙基倍半硅氧烷水溶液、乙烯基倍半硅氧烷和三乙醇胺加入乙醇中，以600rmp转速充分搅拌20min，使其充分溶解得到组分B；

步骤(3)，将所述组分A与组分B按重量比1∶1均匀混合，使其发生共价反应，过滤出料得到所述高性能斥液防污涂料。

所述高性能斥液防污涂层是由所述高性能斥液防污涂料形成。

具体的，在本实施例中，所述高性能斥液防污涂层的制备方法可参照实施例1，不同之处在于，在110℃下固化2h。

实验例1

对本发明实施例1～5制备的高性能斥液防污涂层进行斥液防污效果测试。

斥液防污测试：将10微升的水性墨水、泥水、咖啡、长链烷烃、DMF和DMSO分别滴在实施例1～5制备的涂层表面，使用滑动角测试仪测试各种液滴的滑动角。

测试结果如表1所示。

表1实施例1～5制备的高性能斥液防污涂层的斥液防污性能测试结果

如图1所示，本发明实施例提供的高性能斥液防污涂料为澄清的无色透明液体，不会改变基底本身的色泽。

如图2所示，向本发明实施例1～5制备的高性能斥液防污涂层涂层表面分别滴加10微升量的各种样本液滴进行斥液测试。测试结果显示，各种液滴的滑动角均小于15°。由此可见，本发明提供的高性能斥液防污涂料及其涂层对于水性墨水、泥水、咖啡等水性污染物以及长链烷烃、DMF、DMSO等非水性污染物均有优异的防污和自清洁效果。

实验例2

对本发明实施例1～5制备的高性能斥液防污涂层进行透光率和铅笔硬度测试。

透光率测试：采用双光束紫外分光光度计测试涂层的透光率。

铅笔硬度测试：根据《ASTM D3363标准》测试涂层的铅笔硬度。先将铅笔用400目砂纸磨平，然后用装有各种硬度铅笔的测试小车，在750g的载荷下对涂层进行硬度测试。

测试结果如表2所示。

表2实施例1～5制备的高性能斥液防污涂层的透光率和铅笔硬度测试结果

如图1所示，本发明实施例提供的高性能斥液防污涂料为澄清的无色透明液体，不会改变基底本身的色泽。对实施例1～5采用所述涂料制备的高性能斥液防污涂层进行透光率和铅笔硬度测试，测试结果显示，透光率均大于98％、铅笔硬度均大于8H，由此可见，本发明提供的高性能斥液防污涂料及其涂层具有高透明性和高硬度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。